一種臭氧發生及監測模擬系統的製作方法

2023-09-23 03:26:55

一種臭氧發生及監測模擬系統的製作方法
【專利摘要】一種臭氧發生及監測模擬系統，包括支撐結構以及設置在支撐結構上的與氣源連通的配氣子系統、用於產生臭氧的高壓放電裝置、控制臭氧溫度的溫控子系統、用於對臭氧濃度進行監測的在線監測子系統以及電源模塊，所述配氣子系統、高壓放電裝置、溫控子系統以及在線監測子系統之間依次通過密閉管路連接；所述電源模塊分別通過導線與配氣子系統、高壓放電裝置、溫控子系統以及在線監測子系統中各用電設備連接。本發明結構簡單、操作方便，適用於實驗室中進行臭氧濃度的產生和實時在線監測。
【專利說明】一種臭氧發生及監測模擬系統

【技術領域】
[0001] 本發明涉及環境在線監測【技術領域】，特別是一種能夠產生臭氧並對所產生的臭氧 濃度進行在線監測的裝置。

【背景技術】
[0002] 臭氧是氧氣的同素異形體，是一種具有特殊臭味的淡藍色氣體，在常溫常壓下穩 定性較差，在常溫下可分解為氧氣。臭氧的功能很多，可用於淨化食物、飲用水、空氣，除臭， 消毒滅菌，果蔬保鮮以及洗浴美容保健等；具體應用在醫學領域中，可廣泛應用於婦科治療 方面；應用在農業方面，可用於防治病蟲害、清除食物上殘留的農藥等；應用在工業領域， 可用於漂白麵粉、紙漿、處理工業廢物等；應用在電力系統領域，則可對高壓開關櫃等封閉 箱體中的局部放電現象進行在線監測、以及時反映封閉箱體中各設備的絕緣狀態，防止由 於局部放電造成的設備絕緣劣化進一步導致電氣設備故障現象的發生。
[0003] 臭氧的製備多是藉助無聲放電作用從氧氣或空氣製備，臭氧發生器即是根據這一 原理製造。臭氧在應用過程中，由於臭氧具有強烈的刺激性，吸入過量對人體健康有一定危 害，因此需要對製造臭氧的濃度進行實時監測，體現在電力系統領域，則需要根據檢測封閉 箱體中臭氧的濃度來反應各設備的絕緣狀態。
[0004] 臭氧濃度的監測方法有化學法、物理法以及物理化學方法；其中化學法分為碘量 法、比色法等；物理方法有紫外光吸收法等；物理化學方法有化學發光法以及IDS分光光 度法等。化學法和物理化學法測量過程繁雜，應用受到限制，而物理方法中的紫外光吸收法 是以Beer-Lambert定律為基礎，利用臭氧在波長為253. 7 nm處具有最大的吸收值來對 其濃度進行的監測，主要優點是可以進行非接觸式監測，避免因為化學反應而降低監測的 準確度，並且由於紫外光吸收法測量周期短，非常適用於實時在線監測。
[0005] 儘管目前臭氧的製備技術以及臭氧濃度的監測技術都較為成熟，然而臭氧製備設 備以及臭氧濃度監測設備則多為獨立設置的設備，結構較為複雜、空間佔用體積較大、操作 也較為不便，使用時需要根據使用及監測環境進行現場組裝，影響臭氧濃度監測的準確性。 另外，在實驗室中，目前還沒有一種能夠同時進行臭氧產生和模擬不同溫度下臭氧濃度監 測的設備。


【發明內容】

[0006] 本發明需要解決的技術問題是提供一種結構簡單、操作方便，適用於實驗室的臭 氧發生及監測模擬系統，用於實現對臭氧濃度的準確產生和實時在線監測。
[0007] 為解決上述技術問題，本發明所採取的技術方案如下。
[0008] -種臭氧發生及監測模擬系統，包括支撐結構以及設置在支撐結構上的與氣源連 通的配氣子系統、用於產生臭氧的高壓放電裝置、控制臭氧溫度的溫控子系統、用於對臭氧 濃度進行監測的在線監測子系統以及電源模塊；所述配氣子系統、高壓放電裝置、溫控子系 統以及在線監測子系統之間依次通過密閉管路連接；所述電源模塊分別通過導線與配氣子 系統、高壓放電裝置、溫控子系統以及在線監測子系統中各用電設備連接。
[0009] 上述臭氧發生及監測模擬系統，所述配氣子系統包括安裝在支撐結構上的氣泵以 及用於控制氣體流量的流量計；所述氣泵通過進氣嘴連通氣源，流量計設置在氣泵的輸出 管路上；所述電源模塊的輸出端分別與氣泵和流量計的電源端連接。
[0010] 上述臭氧發生及監測模擬系統，所述高壓放電裝置包括安裝在支撐結構上的高壓 放電室以及風扇，所述風扇通過支撐架架設在高壓放電室的上方；所述高壓放電室的進氣 口通過封閉管路與配氣子系統的輸出管路連通。
[0011] 上述臭氧發生及監測模擬系統，所述溫控子系統包括水浴鍋以及設置在水浴鍋中 心的封閉的水浴瓶，所述水浴鍋內靠近側壁的位置設置有通過密閉管路與高壓放電室出氣 口連通的水浴進氣管，水浴進氣管在水浴鍋內自水浴瓶底端向上環水浴瓶環繞設置，水浴 進氣管的底端伸入水浴瓶的底部；水浴瓶的端蓋上設置有水浴出氣管。
[0012] 上述臭氧發生及監測模擬系統，所述在線監測子系統包括吸收池、數據採集器、光 譜儀以及計算機，所述吸收池入氣口通過封閉管路與溫控子系統的水浴出氣管連通，吸收 池出氣口連通大氣；吸收池位於入氣口的前端設置有光源，數據採集器設置在吸收池設置 出氣口的末端；所述吸收池的前端以及吸收池的末端分別設置一與光源射向吸收池的光線 相垂直的透鏡，所述透鏡與吸收池密封連接，吸收池入氣口和吸收池出氣口均位於前端透 鏡與末端透鏡之間；所述數據採集器通過RS232連接光譜儀配套使用，光譜儀通過RS232再 與計算機連接。
[0013] 本發明中使用的光譜儀為三光柵單色儀。
[0014] 由於採用了以上技術方案，本發明所取得技術進步如下： 本發明通過氣泵提供氣源，通過流量計控制氣體流量，氣體進入高壓放電室後被電擊 產生臭氧，臭氧隨後進入水浴鍋，通過控制溫度產生特定濃度的臭氧氣體，後送入吸收池， 通過光源和數據採集器相配合測定空氣中臭氧的濃度，最後通過計算機進行分析和顯示； 具有結構簡單、操作方便、測量精度高、測量速度快的特點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為本發明的測量原理框圖； 圖2為本發明的結構示意圖； 圖3為本發明所述溫控子系統的結構示意圖； 圖4為臭氧吸收截面變化曲線與標準譜線圖。
[0016] 圖中各標號表不為：1、配氣子系統，11、氣泵，12、流量計，13、輸出管路，2、高壓放 電裝置，21、高壓放電室，22、風扇，23、支撐架，3、溫控子系統，31、水浴鍋，32、水浴瓶，33、水 浴進氣管，34、水浴出氣管，4、在線監測子系統，41、吸收池，42、數據採集器，43、計算機，44、 光源，45、透鏡，46、吸收池入氣口，47、吸收池出氣口，48、光譜儀，5、電源模塊，6、支撐結構。

【具體實施方式】
[0017] 下面將結合附圖和具體實施例對本發明進行進一步詳細說明。
[0018] 本發明應用在實驗室中，用於產生臭氧並模擬不同溫度下臭氧濃度的監測。臭氧 發生及監測模擬系統包括支撐結構以及設置在支撐結構上的配氣子系統1、高壓放電裝置 2、溫控子系統3、在線監測子系統4以及電源模塊5,所述配氣子系統與氣源連通，用於向高 壓放電裝置輸送定量氣體，氣體可為大氣或者氧氣等；高壓放電裝置用於產生臭氧；溫控 子系統用於控制臭氧的溫度；在線監測子系統用於對臭氧的濃度進行實時監測，電源模塊 用於為系統中的各用電設備供電，本發明中的配氣子系統1、高壓放電裝置2、溫控子系統 3以及在線監測子系統4之間依次通過密閉管路連接；電源模塊分別通過導線與配氣子系 統、高壓放電裝置、溫控子系統以及在線監測子系統中各用電設備連接。本發明各設備間的 連接關係如圖1和圖2所不。
[0019] 本發明配氣子系統1包括安裝在支撐結構上的氣泵11以及用於控制氣體流量的 流量計12,其中氣泵通過進氣嘴連通氣源，流量計設置在氣泵的輸出管路13上。本發明電 源模塊的輸出端分別與氣泵11和流量計12的電源端連接，為氣泵和流量計提供工作電源。 本實施例中氣泵採用德國CCI公司生產的型號為BY-208A的採樣泵。
[0020] 本發明高壓放電裝置2包括安裝在支撐結構6上的高壓放電室21以及風扇22,風 扇22通過支撐架23架設在高壓放電室21的上方；高壓放電室21的進氣口通過封閉管路 與配氣子系統1的輸出管路13連通。
[0021] 本發明溫控子系統3的結構如圖3所示，包括水浴鍋31以及設置在水浴鍋31中 心的封閉的水浴瓶32,水浴鍋內靠近側壁的位置設置有通過密閉管路與高壓放電室出氣口 連通的水浴進氣管33,水浴進氣管33在水浴鍋內自水浴瓶底端向上環水浴瓶環繞設置，水 浴進氣管的底端伸入水浴瓶的底部；水浴瓶的端蓋上設置有水浴出氣管34。水浴瓶的設置 作用有二，其一會對產生的臭氧起到儲存作用，以保證進入在線監測子系統的臭氧量充足， 使該溫度下的臭氧量足以充入吸收池內進行後續實驗和數據採集，使檢測結果穩定；其二 是能夠在很短時間內迅速將臭氧加熱到預設溫度值。
[0022] 本發明在線監測子系統4包括吸收池41、數據採集器42、光譜儀48、計算機43、光 源44以及透鏡45,吸收池入氣口 46通過封閉管路與溫控子系統的水浴出氣管34連通，吸 收池出氣口 47連通大氣；光源44設置在吸收池41位於入氣口的前端，數據採集器42和光 譜儀48設置在吸收池41設置出氣口的末端；計算機獨立設置，並通過數據線連接數據採集 器的輸出端，數據採集器的輸入端連接光譜儀的輸出端；計算機還與光譜儀連接，用於根據 設置的波段調整光譜儀的出射波長。透鏡共設置兩塊，分別設置在吸收池41的前端以及吸 收池的末端，透鏡與光源射向吸收池的光線相垂直，透鏡與吸收池內壁之間密封連接，吸收 池入氣口和吸收池出氣口均位於前端透鏡與末端透鏡之間。
[0023] 本實施例中的數據採集器採用北京賽凡光電儀器有限公司生產的型號為7IDA1 的數據採集器，三光柵單色儀的型號為71SWS501。光源採用波段在200nnT300nm之間的高 壓氣氣燈。
[0024] 本發明的工作過程如下所述： 打開電源模塊，系統開始工作，設定水浴鍋的溫度值；帶溫度穩定後，打開氣泵，氣體從 室內進入氣泵加壓後輸送至高壓放電室。在氣體進入高壓放電室之前的氣泵輸出管路上設 置的流量計可以對進入高壓放電室的流量進行精確控制。
[0025] 氣體在高壓放電室內被電擊產生臭氧，臭氧通過密閉管路送入水浴鍋的水浴進氣 管，在水浴鍋內進行臭氧的溫度控制。臭氧在預先設定的水浴鍋內的溫度環境下發生特定 比例的裂解，產生特定濃度的臭氧，之後進入在線監測子系統等待被監測。
[0026] 特定濃度的臭氧自吸收池入氣口進入吸收池之後通過吸收池出氣口排入大氣。特 定濃度的臭氧在吸收池經過時，高壓氙氣燈發出的光經透鏡聚焦向吸收池發射，臭氧在波 長為253. 7 nm光線照射下會被吸收；經過吸收池的光再經透鏡聚焦，此時位於吸收池後端 的三光柵單色儀即可採集到臭氧被吸收後的光譜。當一束複合光線進入三光柵單色儀的 入射狹縫，首先由光學準直鏡匯聚成平行光，再通過衍射光柵色散為分開的波長(顏色)，利 用每個波長離開光柵的角度不同，由聚焦反射鏡再成像出射狹縫，此時，計算機能夠根據事 先設置的波段精確地控制三光柵單色儀的出射波長，然後再由數據採集器進行數據採集。 數據採集器將光譜信息轉換成計算機可以接收的信號後輸入到計算機，計算機根據採集的 實際數據依靠Matlab軟體繪圖，並基於此編寫相應的Matlab程序，根據差分吸收光譜法 (D0AS)對數據進行多項式擬合，得到臭氧吸收截面與吸光度變化曲線，將臭氧吸收截面變 化曲線與標準譜線圖(如圖4所示)進行比較，確定該實驗系統可行，並結合吸光度曲線進行 計算即可得出特定溫度下的臭氧濃度值。
[0027] 差分吸收光譜法基於Beer-Lambert氣體吸收定律，其表達式如下：

【權利要求】
1. 一種臭氧發生及監測模擬系統，其特徵在於：包括支撐結構以及設置在支撐結構上 的與氣源連通的配氣子系統（1)、用於產生臭氧的高壓放電裝置（2)、控制臭氧溫度的溫控 子系統（3)、用於對臭氧濃度進行監測的在線監測子系統（4)以及電源模塊（5);所述配氣 子系統（1)、高壓放電裝置（2)、溫控子系統（3)以及在線監測子系統（4)之間依次通過密閉 管路連接；所述電源模塊分別通過導線與配氣子系統、高壓放電裝置、溫控子系統以及在線 監測子系統中各用電設備連接。
2. 根據權利要求1所述的臭氧發生及監測模擬系統，其特徵在於：所述配氣子系統（1) 包括安裝在支撐結構上的氣泵（11)以及用於控制氣體流量的流量計（12);所述氣泵通過進 氣嘴連通氣源，流量計設置在氣泵的輸出管路（13)上；所述電源模塊的輸出端分別與氣泵 (11)和流量計（12)的電源端連接。
3. 根據權利要求2所述的臭氧發生及監測模擬系統，其特徵在於：所述高壓放電裝置 (2)包括安裝在支撐結構上的高壓放電室（21)以及風扇（22)，所述風扇（22)通過支撐架 (23)架設在高壓放電室（21)的上方；所述高壓放電室（21)的進氣口通過封閉管路與配氣 子系統（1)的輸出管路（13)連通。
4. 根據權利要求3所述的臭氧發生及監測模擬系統，其特徵在於：所述溫控子系統（3) 包括水浴鍋（31)以及設置在水浴鍋（31)中心的封閉的水浴瓶（32)，所述水浴鍋內靠近側 壁的位置設置有通過密閉管路與高壓放電室出氣口連通的水浴進氣管（33)，水浴進氣管 (33)在水浴鍋內自水浴瓶底端向上環水浴瓶環繞設置，水浴進氣管的底端伸入水浴瓶的底 部；水浴瓶的端蓋上設置有水浴出氣管（34)。
5. 根據權利要求4所述的臭氧發生及監測模擬系統，其特徵在於：所述在線監測子系 統（4)包括吸收池（41)、數據採集器（42)、光譜儀（48)以及計算機（43)，所述吸收池入氣口 (46)通過封閉管路與溫控子系統的水浴出氣管（34)連通，吸收池出氣口（47)連通大氣；吸 收池（41)位於入氣口的前端設置有光源（44)，數據採集器（42)和光譜儀（48)設置在吸收 池（41)設置出氣口的末端；所述吸收池（41)的前端以及吸收池的末端分別設置一與光源 射向吸收池的光線相垂直的透鏡（45)，所述透鏡與吸收池密封連接，吸收池入氣口和吸收 池出氣口均位於前端透鏡與末端透鏡之間；所述數據採集器（42 )通過RS232連接光譜儀配 套使用，光譜儀通過RS232再與計算機連接。
6. 根據權利要求5所述的臭氧發生及監測模擬系統，其特徵在於：所述光譜儀為三光 柵單色儀。
【文檔編號】G01N21/31GK104155251SQ201410414007
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月21日 優先權日:2014年8月21日
【發明者】鄭海明, 姚鵬輝, 馬慧濤 申請人:華北電力大學（保定）